1.2 Устройство светодиода

Исследуемый светодиод представляет собой кристалл фосфида галлия p- типа. Для создания n- области в него диффузией введены примеси.

Свет излучается вблизи образовавшегося p-n - перехода при пропускании через него прямого тока (рис.3). часто для уменьшения потерь на отражение при выходе света из кристалла поверхность покрывают пластиковой линзой, имеющей сферическую форму (рис.3б).

1.3. Применение светодиодов

Светодиоды уже не одно десятилетие используются в качестве миниатюрных индикаторов в компьютерной технике, аудио-видеоаппаратуре и бытовой технике. На основе излучающихp-nпереходов изготовляют не только "точечные" источники света, но и знаковые индикаторы (как цифровые, так и буквенные).

На рубеже ХХ – ХХIвеков были разработаны технологии изготовления ярких светодиодов на основе соединений AlGaInP красного, оранжевого и желтого свечения, чуть позднее появились яркие светодиоды синего, зеленого и белого свечения на основе InGaN . Они сделали реальной мечту об использовании светодиодов вместо лампочки Томаса Эдисона. Разработаны высокоэффективные и энергосберегающие источников света, светофоры и активные дорожные знаки, фары автомобилей, подсветка сотовых телефонов, световая реклама, полноцветные светодиодные дисплеи, подсветка архитектурных объектов и многое другое. Более того, сверхяркие светодиоды активно вытесняют обычные лампы накаливания и галогеновые лампы.

Широкое применение находят приборы, состоящие из светодиода и согласованного с ним приемника излучения, называемые оптопарами,илиоптронами.Оптроны используются как генераторы, преобразователи частоты, модуляторы и демодуляторы, усилители света, преобразователи изображения, запоминающие и логические элементы вычислительных машин и т.д.

По сравнению с другими электрическими источниками света светодиоды имеют следующие отличия:

• высокий КПД, современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе ;

• иысокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих);

• длительный срок службы;

• специфический спектральный состав излучения(спектр довольно узкий, для нужд индикации и передачи данных это - достоинство, но для освещения это – недостаток);

• малая инерционность;

• малый угол излучения - также может быть как достоинством, так и недостатком;

• низкая стоимость;

• безопасность - не требуются высокие напряжения;

• нечувствительность к низким и очень низким температурам (однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам);

• отсутствие ядовитых составляющих (ртутьи др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

1.4. Характеристики светодиода

1.4.1. Спектральная характеристика светодиода - это зависимость яркости B^* излучения от длины волны .

Спектральная характеристика излучающего диода имеет вид кривой с максимумом, она приведена на рис.4.

Спектр излучения слабо зависит от тока через диод и от температуры.

1.4.2. Вольт-амперная характеристика светодиода – это зависимость прямого тока i через p-n - переход от напряжения U на нем.

Для p-n - перехода, включенного в прямом направлении, эта зависимость имеет вид:

, (1)

где I₀, n - постоянные величины; n - коэффициент, зависящий от температуры, величины прямого тока и механизма рекомбинации.

Для диодных структур на основе GaP значения этих величин:

А  10^-22 - 10^-23 А/см² ; n  3  4,5.

Графическое изображение вольтамперной характеристики представлено на рис.5.

1.4.3. Яркостная характеристика светодиода - зависимость яркости излучения В^* от силы тока i через диод. Типичный вид ее приведен на рис.6. Она имеет нелинейный участок (0 - 1), соответствующий малым яркостям, и почти линейный участок (1 - 2). Линейный участок чаще всего используется как рабочий. Приближенно зависимость В^* от i можно аппроксимировать степенной функцией:

, (2)

где В₀ – постоянная, а  - функция длины волны, плотности тока, температуры. Для GaP – красных светодиодов   0,70,9.